El Flujo de Información Genética, Presentación

EL FLUJO DE INFORMACION GENETICA

Temas del Flujo de Información Genética

5.1.Introducción: El ADN como material genético y portador de la información 2. Composición, estructura y organización de los ácidos nucleicos. Histonas y sus modificaciones 3. Replicación del ADN 4. Transcripción del ARN 5. Código genético y mutaciones moleculares 6. Biosíntesis de proteínas. Conceptos generales y mecanismo de la traducción 7. Regulación de la expresión genética 8. Modernas técnicas de la Biología Molecular

EL FLUJO DE INFORMACION GENETICA

Temas de Biología Molecular

5.1.Introducción: El ADN como material genético y portador de la información 2. Composición, estructura y organización de los ácidos nucleicos. Histonas y sus modificaciones 3. Replicación del ADN 4. Código genético y Mutaciones moleculares 5. Transcripción del ARN 6. Biosíntesis de proteínas. Conceptos generales y mecanismo de la traducción 7. Regulación de la expresión genética 8. Modernas técnicas de la Biología Molecular

TEMAS

Introducción y Composición de Ácidos Nucleicos

5.1 & 5.2 1.1.Introducción: El ADN como material genético y portador de la información 2.2.Composición, estructura y organización de los ácidos nucleicos. Histonas y sus modificaciones

COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

1. Nucleótidos y Nucleosidos: el enlace N-glicosídico
2. Propiedades derivadas de las bases nitrogenadas
3. Ácidos nucleicos o polinucleótidos: el enlace fosfodiester
4. Otros tipos de nucleótidos en forma libre
5. Tipos de nucleótidos: número de fosfatos y cadenas poliméricas

EL DNA ALMACENA LA INFORMACIÓN GENÉTICA

Los experimentos de Miescher y de Avery/Macleod/McCarty

DOBLE HÉLICE

1. Los experimentos de Chargaff y de y Wilkins y Franklin
2. Modelo Watson & Crick
3. Propiedades de la doble hélice
4. Otras formas de doble hélice
5. Bases Nitrogenadas minoritarias ó atípicas DNA

EL RNA

1. Función y Tipos
2. Estructura Primaria general (monocatenario) T=U, A=U
3. Propiedades comunes con el DNA

Estructura secundaria y terciaria del RNA

4.

COMPACTACIÓN DEL DNA

1. Superenrollamiento
2. Topoisomerasas
3. Cromatina. Histonas

Libros de consulta

• LEHNINGER. PRINCIPIOS DE BIOQUÍMICA. 6ª Edición. DL Nelson, MM Cox. Ed. Omega, 2013.
• BIOQUÍMICA. 7ª Edición. L Stryer, J Berg, J Tymoczko. Ed. Reverté, 2013.
• BIOQUÍMICA. Fundamentos para Medicina y Ciencias de la Vida, 1ª Edición. W Müller-Esterl. Ed. Reverté, 2008.

Lectura avanzada

• Recombinant DNA: genes and genomes, 3rd Edition. JD Watson y cols. Ed. WH Freeman, 2007
• Biología Molecular del Gen. JD Watson, Ed. Médica Panamericana, 2006
• Genes IX, B Lewin, Ed MCGRAW-HILL, Ed. Médica Panamericana, 2008
• Genes: Fundamentos. Lewin. JE Krebs, ES Goldstein, ST Kilpatrick

COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

1. Nucleótidos y Nucleósidos: el enlace N-glicosídico
2. Propiedades derivadas de las bases nitrogenadas
3. Ácidos nucleicos o polinucleótidos: el enlace fosfodiester
4. Otros tipos de nucleotidos en forma libre
5. Tipos de nucleotidos: numero de fosfatos y cadenas poliméricas

Sentido y Función

REPLICACIÓN

COMPLEJO SÍNTESIS

RNAr INTERMEDIARIO DNA RNAm Proteínas

TRANSCRIPCIÓN

TRADUCCIÓN

RNAt MOLECULA ADAPTADORA

Acidos Nucleicos (AN)

almacenamiento y transferencia de información genética (~5-7% peso seco cel) Gen: segmento de DNA que contiene la información necesaria para la síntesis de un producto biológico funcional (proteína o RNA)

Dogma central de la Biología Molecular

F. Crick 1970 Información Hereditaria Proteínas MOLECULA ADAPTADORA Uni-direccionalidad en la expresión

Evasión al "Dogma"

• Transcriptasa inversa de algunos virus polimerasa que usa como molde RNA
• Ribozimas RNA con capacidad autocatalítica
• Priones proteínas con capacidad "infectiva"

Estructura y Química

Polímeros

Parte ácida

Nucleótidos

Grupo Fosfato 2 1 Base Purina Pirimidina

Nucleósidos

Azúcar 3 D-ribosa 2'-desoxi-D-ribosa N-9 Purine or pyrimidine N-1 Phosphate base I I 5' Enlace N-glicosídico -O-P-+O-CH2 .O 4' 1' 0 H H Pentose H H Enlace Éster fosfórico 3' 2' OH OH

Azúcar

HOH2C OH O H C H/ H OH OH ß-D-Ribosa HOH2C OH C H H H OH H ß-D-2-Desoxiribosa ARN (RNA) ADN (DNA) Anillo Ribofuranosa

Anexo

Azúcares -> CARBOHIDRATOS

Carbohidratos: Polihidroxi-aldehidos o cetonas -Estructuralmente constan de una cadena polialcohólica (-OH), que suele contener en uno de sus carbonos un grupo Carbonilo: C = O . Cuando el carbonilo se sitúa en el extremo de la cadena se denominan ALDEHIDOS (-CHO): H-C=O . Cuando el carbonilo se sitúa en un C interior de la cadena se denominan CETONAS (-CO-): CH2OH C = O Químicamente los glúcidos: polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. (CH2O)n (n≥3) también algunas modificaciones algunos glúcidos N, P, S H C H-C-OH I H-C-OH I H Glyceraldehyde, an aldotriose H I H-C-OH C=0 H-C-OH -I Dihydroxyacetone, a ketotriose

Clasificación de Carbohidratos

• Monosacáridos: Una única unidad de polihidroxi-aldehido o -cetona, contienen 3 a 6 (7-8 ... ) átomos de C, son las unidades básicas de los azucares. 3C Triosas 4C Tetrosas 5C Pentosas 6C Hexosas 7C Heptosas Sólidos, incoloros y cristalinos, solubles en agua (insolubles en disolventes apolares), mayoría con sabor dulce
• Oligosacáridos: formados por uniones de unos pocos monosacáridos. El grupo más numeroso serían los disacáridos (2 monosacáridos), siendo raros y de poca importancia los Trisacaridos o superiores libres. Lo común es que se encuentren conjugados a proteínas o lípidos
• Polisacáridos: formados por un número muy alto de monosacáridos unidos (+de 20 y suelen superar el millar). Sus cadenas pueden ser Lineales o Ramificadas, según el tipo de unión entre monosacáridos. Se subdividen en dos grupos:

Homopolisacáridos

formados por el mismo tipo de monosacárido.

Heteropolisacáridos

formados por distintos tipos de monosacáridos.

Monosacaridos: Estereoisomería

CRITERIOS: Si representamos en un plano (proyección de Fischer) los monosacáridos, poniendo por convenio el grupo Aldehido o Cetona en el vértice superior y el grupo alcoholico del último carbono en el vértice inferior: cada carbono quiral de la molécula tendra su grupo OH orientado en dos posibles situaciones o isómeros (derecho o izquierdo). En general el nº de isómeros sería (2n) , siendo (n) el nº de Carbonos quirales Aquellos monosacáridos que presenten: (ENANTIOMEROS) * el OH de su último carbono quiral a la derecha: ISOMEROS D *el OH de su último carbono quiral a la izquierda: ISOMEROS L En general de los 2" isómeros que habría mitad de la SERIE D ->En la NATURALEZA! mitad de la SERIE L O. H 1 Proyección Fischer H 2 OH H- OH H-OD-OH CH2OH 5 *Se numeran desde el extremo más cercano al Carbonilo D-Ribose O H HO- H HO-H HOEDH CH2OH L-Ribose

Monosacaridos: Ciclación

Monosacáridos ciclan en solución acuosa Enlace COVALENTE CHO CH2OH CH2OH HCOH 1 C-OH 1 HOCH H H 1 H I HCOH C OH H OH H J I HỎ HCOH HO C C 1 H OH H OH Piranosa D-Glucosa (Fischer) a-D-Glucopiranosa (Haworth) Fórmulas de Haworth CH2OH C=0 HOH2C CH2OH HOCH HOHỌC OH CH2OH 11 C C H HO H H HO I - 1 H `C- I OH H OH H Furanosa CH2OH D-Fructosa (Fischer) a-D-Fructofuranosa (Haworth) Enlace hemiacetálico genera un C asimétrico adicional ... Cetosas Enlace HEMIACETALICO O H H H Aldosas OH 1 CH 2OH Enlace HEMIACETALICO O HCOH OH 0 HCOH I C

Anomería y Mutarrotación

H O 1C 2 I H-C-OH I HO-C-H 3 D-Glucose H -- C-OH I 5 H-C-OH 6 - CH 2OH 1 6 CH2 OH - 5℃ OH 1/! H 1 H 4C C 1 OH H O HO C -C 3 2] - H OH 6 CH 2 OH I 5 C 0 H I / H 4℃ H 1C OH H - I HO C ·C 1 1 H OH B-b-Glucopyranose MUTARROTACIÓN (en disolución acuosa) interconversión de los anómeros a y B 3 2 Carbono anomérico: C hemiacetálico o carbonílico H H5 HOCH2 OH 4 1 H H H H 3 2 HO OH (ß-D-Ribosa) 5 HOCH2 OH 4 1 H H H H 3 HO H ß-D-2 Desoxi-ribosa Ambas se encuentran en forma ß-D-furanosa Anillo no plano que presenta distintas 4 conformaciones distintas 4 de los 5 átomos en el mismo plano, el 5° átomo (C2' o C3') en el mismo lado que C5': ENDO en distinto lado que C5': EXO C-5' Base C-4' C-2' C-3' C-1' C2' Endo C-5' Base C-3' C-4' O C-1 C-2' C2' Exo H. 1 2 H -- C-OH 31 H-C-OH 41 H-C-OH 51 CH OH D-Ribosa

Azúcar y Pentosa

HOH2C OH O H C H/ H OH OH B-D-Ribosa ARN (RNA) HOH2C OH O H H H OH H B-D- 2-Deoxiribosa ADN (DNA) Phosphate Purine or pyrimidine base 5' "O-P-+O-CH2 O 4' 1' H H Pentose H H 3' 2' OH OH Componentes heterocíclicos: bases y pentosas numeración convencional Para facilitar nomenclatura e identificar derivados, a los átomos de C de las pentosas se les añade (')

Bases Nitrogenadas

H C N 6 4 N 1 5 3 5 8 CH 2 4 C 9 HC 6 CH HC 3 N N Enlace N-B-glicosídico H Pyrimidine NH 2 O 0 I C C CH 3 N CH HN C HN I .C CH C. CH C CH O N H Cytosine Thymine (DNA) Uracil (RNA) Pyrimidines Purine NH2 O I C N N N C HN C CH HC C C C N N H2N N N H H Adenine Guanine Purines CH O N O ZI N H H C C 7 CH N I 2 1 N C C CH II II

Propiedades de las Bases Nitrogenadas

• Hidrofóbicas, poco solubles en agua, y altamente conjugadas. En forma libre sólo trazas en las células (productos de hidrólisis)
• Son de carácter básico débil que se pueden encontrar en 2 o más formas tautoméricas (reordenación de grupos) dependiendo del pH tautomería ceto-enol o lactama-lactima OH OH HN N N O N O N HO N H H Lactam Lactim Double lactim Uracil
• Pirimidinas son planares, purinas casi planares . Con grupos capaces de establecer enlaces por puente de hidrogeno

Puentes de hidrógeno

NH2 O= =0 C C C CH 3 N `CH HN C HN CH II C CH C CH C CH O N O O N H Cytosine Thymine (DNA) Uracil (RNA) Pyrimidines NH2 O C N N N C HN C II CH HC C C C H2N N N N N H H Adenine Guanine Purines C CH N H H

Propiedades de las Bases Nitrogenadas y Absorción UV

• Hidrofóbicas, poco solubles en agua, y altamente conjugadas. En forma libre sólo trazas en las células (productos de hidrólisis)
• Son de carácter básico débil que se pueden encontrar en 2 o más formas tautoméricas (reordenación de grupos) dependiendo del pH tautomería cetoenol o lactama-lactima OH OH HN N N O N O N HO N H H Lactam Lactim Double lactim Uracil
• Pirimidinas son planares, purinas casi planares . Con grupos capaces de establecer enlaces por puente de hidrogeno
• Todas las bases absorción en el ultravioleta: 260 nm se utiliza para determinación cuantitativa de nucleósidos y nucleótidos Molar extinction coefficient, € 14,000 - 12,000 10,000 8,000 6,000 -UMP 9,900 4,000 -dTMP 9,200 2,000 -CMP 7,500 230 240 250 260 270 280 Wavelength (nm) Molar extinction coefficient at 260 nm, €260 (M-1cm -1) -AMP 15,400 - GMP 11,700